与感应加热或熔融装置一起使用的整流器／逆变器电源包括跨整流器的输出和逆变器的输入连接的调谐电容器。调谐电容器与感应负载线圈在逆变器的工作频率形成谐振电路。另外，负载线圈可由连到逆变器的输出的有源负载线圈和无源负载线圈形成，其与谐振调谐电容器并联连接。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于感应加热或熔融应用的交流电源，其中感应电源电路被谐振调谐。
技术介绍
图1示出了用于感应加热或熔融应用的传统电源110。电源由交流-直流整流器和滤波器部分112、直流-交流逆变器部分120和调谐电容器部分130组成。对于图1中所示的电源，三相二极管桥式整流器114将三相(A、B、C)交流公用线路功率转换为直流电。限流电抗器L108消除整流器的输出直流电流中的纹波，电容器C108对整流器的输出交流电压中的交流分量滤波。整流器的滤波后的直流输出由全桥逆变器变换为交流，全桥逆变器由固态开关S101、S102、S103和S104及相关的反并联二极管D101、D102、D103和D104组成。交替开关对S101/S103和S102/S104的打开/关闭周期可在端子3和4产生合成的交流逆变器输出。感应负载线圈L101表示用于感应加热或熔融应用的功率线圈。例如，在感应炉中，负载线圈L101绕坩埚的外面缠绕，金属料已被放于坩埚中。在感应加热应用中，金属工件如金属带或金属线可通过负载线圈L101的螺旋绕组行进或被使得靠近线圈以感应加热工件。由电源提供并流经负载线圈L101的电流产生磁场，其或通过磁感应直接加热金属料或工件，或通过来自由磁感应加热的基座的热传导加热工件。负载线圈L101，无论其是单线圈还是互连线圈部分的组件，均具有非常低的负载功率因子。由于该原因，必须在负载线圈电路中提供调谐电容器(或电容器组)如电容器C101以改善负载线圈电路的总功率因子。这些调谐电容器占电源的成本和体积的很大一部分。因此，需要用于感应加热或熔融应用的电源使用较小的且成本较低的调谐电容器。本专利技术的目标在于提供用于感应加热或熔融应用的电源，其使用连接在整流器的输出和逆变器的输入之间的电容器以形成与该应用中使用的感应负载线圈谐振调谐的电路。
技术实现思路
一方面，本专利技术装置及方法提供带有与感应负载线圈一起使用的整流器和逆变器部分的电源，其中调谐电容器跨接在整流器的输出和逆变器的输入之间以与感应负载线圈形成谐振电路。感应负载线圈包括连接到逆变器的输出的有源负载线圈，及与电容器并联连接以形成振荡回路的无源负载线圈。本专利技术的其它方面在本说明书及所附权利要求书中提出。附图说明为图示说明本专利技术，附图中示出了目前优选的形式。然而，应理解的是，本专利技术并不限于所示的排列及手段。图1为用于感应加热和熔融应用的、具有全桥逆变器的现有技术电源的示意图。图2为用于感应加热或熔融应用的本专利技术电源的例子的示意图。图3为本专利技术电源的例子的逆变器输出电压和电流的波形图。图4为跨本专利技术电源的一个例子中的调谐电容器的电压和通过线路滤波电抗器的电流的波形图。图5为跨本专利技术电源的一个例子的逆变器中的开关器件的电压及通过其的电流的波形图。图6为用于感应加热或熔融应用的本专利技术电源的另一例子的示意图。图7为说明具有与图6所示负载线圈系统一起使用的本专利技术电源的感应加热或熔融系统的优点的矢量图。图8为用于感应加热或熔融应用的本专利技术电源的另一例子的示意图。图9为本专利技术电源中使用的逆变器和调谐电容器的物理布置的一个例子的透视图。图10为本专利技术电源中使用的逆变器的物理布置的一个例子的俯视图。图11(a)为图10中所示逆变器的物理布置沿线A-A的截面图。图11(b)为图11(a)所示截面的局部放大图。图12(a)为典型的薄膜电容器的透视图。图12(b)为图12(a)中所示的薄膜电容器的截面图。图13(a)和13(b)为图9中所示调谐电容器的物理布置的一个例子。图14为图9中所示的调谐电容器的物理布置的另一例子。图15为图9中所示的调谐电容器的物理布置的另一例子。图16为图9中所示的调谐电容器的物理布置的另一例子。具体实施例方式参考附图，其中同一附图标记指同一元件。图2所示为用于感应加热或熔融应用的本专利技术电源10的一个例子。交流-直流整流器和滤波器部分12包括交流-直流整流器。多相整流器，在本专利技术的该非限制性的例子中，三相二极管桥式整流器14用于将三相(A、B、C)交流公用线路功率转换为直流电。可选的限流电抗器L8消除整流器的输出直流电流的纹波。电源的部分16图示了线圈调谐电容器C1，其可以是单一电容器或形成电容性元件的互连的电容器组。在图2中，整流器的直流输出被提供给逆变器部分20中的全桥逆变器的输入端1和2。逆变器由固态开关S1、S2、S3和S4及相关的反并联二极管D1、D2、D3和D4组成。交替开关对S1/S3和S2/S4的打开/关闭周期可在端子3和4产生合成的交流逆变器输出。优选地，但非限制性地，固态开关元件为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，其在高工作电压和电流下具有所需要的功率双极晶体管和功率MOS-FET的特性。在本专利技术的一个例子中，逆变器采用与两个开关对的打开/关闭周期有关的相移方案(脉宽控制)，藉此，两个开关对随时间可变的重叠用于改变逆变器的有效RMS输出电压。感应负载线圈L9表示感应加热或熔融装置中使用的功率线圈。选择电容器C1的电容以在逆变器的工作频率与负载线圈L9的阻抗形成谐振电路，其为逆变器中使用的开关对的切换率。由此，在逆变器的输出不需要调谐电容器。可用电路元件的选择不允许正好在谐振情况下工作，而是使用可用元件可实现的接近于谐振。从逆变器的输出流经感应负载线圈L9的交流电流与导电材料磁耦合，例如，导电材料可以是导电金属或基座。图3到图5示出了图2所示的本专利技术电源10的性能特征，其中输入公用线路功率(A、B、C)为线间480伏特、60赫兹，且逆变器20在60赫兹的输出频率工作。对于该特定的非限制性的例子L8被选择为5000μH(在120赫兹的整流器纹波输出频率时阻抗为3.77欧姆)；C1被选择为5000μF(在120赫兹的整流器纹波输出频率时阻抗为0.27欧姆)；L9被选择为1000μH(在60赫兹的逆变器输出频率时阻抗为0.38欧姆)。未在图2中示出、但在本样本分析中使用的是感应负载线圈L9的0.16欧姆阻抗。在逆变器20的输出频率谐振下运行C1/L9电路导致实质上正弦的逆变器输出电压Vout和输出电流Iout(在端子3和4)，如图3中所示。图4示出了由于电容器C1与线圈L9在120赫兹的纹波频率谐振，跨电容器C1的电压即VC1被驱动到其限制的零伏特低值。VC1是施加到逆变器20的输入的电压(在端子1和2)。图4还示出了通过电抗器L8的纹波电流IL8。电抗器L8的阻抗通常被选择为远大于C1的阻抗以阻止从逆变器电路到整流器的电源的和声学反馈。图5示出了跨逆变器20中的固态开关之一的电压Vs及当Vs和Is之间为零重叠角时在最大功率输出下通过开关之一的电流Is。当直流纹波已为零时(如图4和图5中的240.0毫秒(ms)处)，在Vs为零伏特时关闭开关器件将使开关损耗最小。另外，在该例子中，由于开关换向在零电压时发生，由于杂散电路电感导致的任何尖峰信号将大大小于在直流传输线电压具有低交流纹波电流的传统逆变器中出现的尖峰信号。该特定的例子用以说明本专利技术的实施，本专利技术并不限于在该例子中使用的特定元件和值。图6示出了本专利技术的第二个例子。在该例子中，负载线圈由有源线圈L1和至少一无源线圈L2组成。线圈L1和L2可以多种结构之一进行缠绕，如按序或重叠地，以实现线圈相本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于感应加热或熔融导电材料的电源，包括：整流器，用于将交流输入功率转换为在整流器的输出的直流输出功率；输入连接到整流器的输出的逆变器，逆变器将整流器的直流输出功率转换为提供给电源的输出的交流输出电流，交流输出电流的频率等于逆 变器的工作频率；至少一跨整流器的输出和逆变器的输入连接的调谐电容器；连接到电源的输出的自耦变压器，自耦变压器具有第一自耦变压器输出端和多个第二自耦变压器输出端，多个第二自耦变压器输出端包括至少两个自耦变压器抽头；及至 少一跨第一自耦变压器输出端和多个第二自耦变压器输出端之一连接的感应负载线圈，至少一感应负载线圈与所连接的自耦变压器的阻抗结合所具有的阻抗使其在逆变器的工作频率至少大约与至少一调谐电容器谐振，藉此，导电材料被流经至少一感应负载线圈的交流输出电流产生的磁场感应加热或熔融。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：奥列格S菲什曼，乔治乔戈普洛斯，
申请(专利权)人：应达公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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